BAB 5
BAHAN ISOLASI MINERAL
Bahan-bahan isolasi yang dimaksudkan di sini adalah bahan-bahan
yang diperoleh dari tambang dan digunakan sebagai isolasi pada
ikatan kimia atau keadaan alaminya tanpa proses kimia atau termal
sebelumnya. Pada bab ini akan dibahas bahan-bahan isolasi mineral :
mika, mikanit serta beberapa bahan isolasi mineral lainnya.
5.1. Mika
Mika adalah salah satu bahan isolasi mineral yang Sangay penting
karena mempunyai rtesistansi serta kekuatan mekanik yang tinggi,
tahan panas dan tahan terhadap pengaruh uap air disamping mempunyai
elastisitas yang bagus. Mika digunakan sebagai isolasi pada
mesin-mesin besar dengan tegangan kerja yang tinggi, misalnya :
generador turbo, generador hidro pada pembangkit, motor-motor
traksi, juga dapat digunakan untuk kaca penjenguk pada
tungku-tungku untuk melihat bagian dalam dari tungku.
Mika hdala mineral dengan cristal monoklin yaitu cristal yang
sumbu-sumbu ruangnya (x,y,z) sama panjang, 2 sudut antara
sumbu-sumbu sama yaitu 900. Terdapat beberapa macam mika,
diantaranya mika yang umum dijumpai adalah Muscovit dengan humus
nimia (K2O, 3 Al2O3, 6SiO2, 2H2O) dan flogopit (K2O, 6MgO, Al2O3,
6SiO2, 2H2O). Unsur dari mika jenis lain mungkin: besi, natrium
atau kalsium.
Sifat pengisolasian dari muskovit adalah lebih baik dibandingkan
dengan flogopit. Demikian pula dengan sifat mekanisnya.
Perbandingan dari keduanya dapat dilihat pada tabel 5.1.
Tabel 5.1. Perbandingan sifat kelistrikan Muskovit dengan
flogopit
Jenis MikaResistivitas (ohm.cm)Tan .104 f= 50 Hz
Muskovit
Flogopit1014 hingga 10161013 hingga 1014
150
500
Kurva tegangan tembus sebagai fungsi ketebalan dari muskovit dan
flogopit dapat dilihat pada gambar 5.1.Gambar 5.1. Tegangan tembus
sebagai fungsi ketebalan pada muskovitTegangan tembus dari muskovit
adalah bertambah untuk ketebalan yang lebih tipis (ketebalan
berkurang). Dengan kata lain tegangan tembus dari mika jenis
muskovit adalah tidak berbanding lurus dengan ketebalannya.
Permitivitas mika adalah 5 hingga 10. Siat-sifat pengisolasian mika
searah panjangya adalah makin rendah dibanding dengan kearah
melintangnya. Sebagai contoh :resistivitas volume paling rendah
adalah 109 ohm-cm, sedangkan tan naik hingga 0,1. Muskovit
mempunyai ketahanan abrasi yang lebih tinggi dibandingkan dengan
flogopit. Sifat ini penting untuk menentukan pemilihan bahan
isolasi bagian-bagian yang bergerak misalnya komutator. Sebagai
gambaran untuk komutator yang menggunakan isolasi muskovit diantara
lamel-lamelnya, justru lamelnya akan lebih dahulu aus dibandingkan
isolasinya setelah terkena sikat arang selama pemakaian. Sedangkan
pemakaian flogopit untuk hal yang sama, tingkat keausannya relatif
sama dengan tingkat keausan lamelnya, dengan demikian pada
pemakaian keduan bahan isolasi untuk contoh di atas akan mempunyai
hubungan yang erat dengan jangka waktu perawatan terhadap
komutatornya.
Pada suhu yang tinggi (diatas batas suhu kerja) komposisi air
yang terkandung di dalam mika akan menguap sehingga sifat mekanis
dan elektrisnya berubah. Pada suhu 12500 hingga 13000C susunan
krsital mika berubah sama sekali dan mulai meleleh. Suhu sampai
terjadi penguapan (dehidrasi) pada muskovit adalah 5000 hingga
6000C, sedangkan untuk flogopit adalah 8000 hingga 9000C. Untuk itu
maka flogopit banyak digunakan pada peralatan rumah tangga misalnya
penyekat pemanggang, seterika dan sebagainya.Jenis-jenis flogopit
yang banyak mengandung air (hydrated flogopite) adalah agak lunak
dan kemampuan isolasinya lebih rendah. Flogopit jenis ini mulai
menunjukkan gejala kerusakan pada suhu 1500 hingga 2500C.
Mika biasanya diperoleh secara alamiah bersama-sama dengan
mineral lainnya seperti kuarsa. Sering juga ditemukan sebagai jalur
sepanjang 2 sentimeter hingga beberapa meter pada pegmatit.
Pegmatit adalah merupakan sumber bahan yang murah untuk pembuatan
muskovit komersial. Setelah diadakan penambangan, mika mentah
ditingkatkan kualitasnya, dipotong dan dibersihkan dari bahan
ikatan lainnya. Selanjutnya dibentuk menjadi lembaran-lembaran yang
sesuai dengan standar masing-masing negara penghasil, misalnya:
empat persegi panjang dengan perbandingan panjang dan lebarnya 1:1
hingga 1:3 dengan luas tertentu yang umumnya di bawah 1 m2.
Ketebalan standar 0,01 hingga 0,03 mm. Kandungan besi oksida atau
mineral lainnya di dalam mika disebut spot dan ini menyebabkan
berkurangnya kemampuan isolasi mika. Bahan fluoroflogopit sintetis
adalah bahan cadangan yang digunakan untuk menggantikan bahan mika
alami. Bahan ini didapat dengan melelehkan jenis mika khusus di
dalam dapur tinggi pada suhu tinggi sehingga mika tersebut lumer
yang selanjutnya dikristalisasi.5.2. Mikanit
Seperti telah dijelaskan sebelumnya bahwa mika adalah bahan
isolasi yang kemampuan isolasinya tinggi dapat diperoleh dari
tambang dengan jumlah besar denagn ukuran atau dimensi yang
terbatas. Sedangkan alat-alat listrik ukurannya adalah bervariasi.
Untuk keperluan ini dibuat mikanit yaitu mika yang diikat dengan
sirlak atau gliptal sehingga ukurannya dapat dibuat sesuai dengan
yang dikehendaki. Seringkali pada salah satu sisi mikanit dilapis
dengan kertas atau kain dengan tujuan mendapatkan kekuatan mekanis
yang lebih tinggi atau untuk menjaga agar tidak terjadi keretakan
ketika dibengkokkan.Beberapa mikanit sesuai dengan penggunaannya
dibahas di bawah ini.
a. Mikanit Komutator
Mikanit ini digunakan untuk bahan isolasi antara lamel-lamel
pada komutator mesin dc. Mikanit komutator mengandung bahan
pengikat maksimum 4%, mempunyai massa jenis 2,4 hingga 2,6
gram/cm3. Secara mekanis mikanit ini adalah kuat karena pada waktu
pengerjaannya digunakan tekanan tinggi, mengandung sedikit resin,
tahan aus walaupun mendapat tekanan yang tinggi dan suhu kerjanya
hingga 1800C. Hal ini menjadi dasar pertimbangan sehingga mikanit
ini tepat untuk penyekat lamel-lamel komutator. Kontraksi mikanit
pada suhu 200C tidak lebih dari 9% dengan tekanan hingga 600
kg/cm2.
b. Mikanit Lempengan
Lempeng mikanit diproduksi dari muskovit atau flogopit atau dari
paduan keduanya dengan bahan pengikat sirlak atau gliptal. Untuk
keperluan pembauatan lempengan tersebut kandungan mikanya dibuat 75
hingga 85% sedangkan bahan pengikatnya adalah berkisar 15 hingga
25%. Dalam hal ini lempengan diperlukan untuk isolasi yang tidak
memerlukan bengkokan. Baik mikanit komutator maupun mikanit
lempengan adalah tergolong mikanit keras.c. Mikanit Cetakan
Mikanit dibuat berbagai bentuk sesuai dengan keperluan. Cara
pembentukannya adalah dengan dipanasi kemudian dicetak sebelum
didinginkan. Penggunaannya antara lain: pengisolasi antara poros
dengan komutator, antara poros dengan intirotor. Mikanit cetakan
dipabrikasi dengan ketebalan 0,1 hingga 0,5 mm dengan bahan
pengikat sirlak atau gliptal dengan komposisi bahan pengikat 8
hingga 25% dan sisanya hdala mikanya.
d. Kertas Mika
Ini adalah satu jenis dari mikanit cetakan. Salah satu sisinya
dilapisi dengan kertas setebal 0,05 hingga 0,06 mm. Penggunaannya
adalah untuk membuat isolasi yang keras pada belitan jangkar mesin
tegangan tinggi. Kertas mika dibuat dari muskovit atau flogopit
dengan bahan pengikat sirlak atau resin sintetis. Kertas mika
dipabrikasi dengan bentuk gulungan selebar 0,4 meter dan dengan
tebal 0,15 hingga 0,3 mm.e. Mikanit Fleksibel
Mikanit jenis ini pada suhu kamar dapat dibengkokkan tanpa
pemanasan lagi, penggunaannya antara lain adalah untuk penyekat
fleksibel, isolasi alur pada mesin listrik. Mikanit fleksibel
diproduksi dalam bentuk lempengan dengan ketebalan 0,15 hingga 0,6
mm, terbuat dari muskovit atau flogopit yang dilapisi dengan minyak
vernis bitumen atau dilapisi dengan minyak vernis gliptal.
Disamping itu ada pula mikanit fleksibel yang di kedua sisinya
dilapis kertas dengan ketebalan 0,2 hingga 0,5 mm. Komposisi mika
pada mikanit ini yang tanpa pelapis kertas adalah 75 hingga 90%
sedangkan yang dilapisi kertas mengandung mika sekitar 50%.f. Pita
Mika
ini adalah salah satu macam dari mikanit fleksibel. Pita mika
ini dibuat lembaran-lembaran yang relatif besar, kemudian
dipotong-potong dengan ukuran lebar tertentu dan digulung. Pita
mika dibuat dari muskovit atau flogopit dilapisi vernis baik vernis
hitam atau vernis jernih. Pita mika diberi warna cerah mempunyai
ketahanan terhadap panas yang lebih tinggi, penggunaannya terutama
untuk isolasi belitan rotor pada generator turbo. Karena itu
seringkali pita mika disebut pita mika rotor. Kadang-kadang ada
pula pita mika yang dilapisi dengan sutera atau kain kaca. Proses
pemotongan lembaran mika menjadi pita ditunjukkan pada gambar 5.2.
Pertama kali mika digulung pada pengulung 1 kemudian dilewatkan
penggulung yang lebih halus yaitu 2, dipotong dengan pisau 3 dan
terakhir digulung pada penggulung 4. Pisau 3 ada 2 macam yaitu
pisau cakram dan pisau silindris.Gambar 5.2. Diagram pemotongan
lembaran menjadi pita mika
Ada pula salah satu jenis mika yang disebut samika. Garis besar
pemrosesannya adalah sebagai berikut : scrap mika dipanaskan hingga
suhu 8000C, setelah itu direndam ke dalam larutan soda dan
selanjutnya dimurnikan dengan asam chlorida atau asam sulfat encer.
Selanjutnya mika yang sudah melar (mengembang) bersama-sama dengan
airnya diangkat dijadikan bubur untuk kemudian dijadikan kertas
mika tebal dan kemudian dipabrikasi dengan mesin pembuat kertas
mika. Hasilnya disebut kertas slyudinit atau kertas samika. Kertas
samika diperoleh dengan memasukkan beberapa macam pengikat ke dalam
bubur mika. Dalam banyak hal, bahan ini dapat menggantikan fungsi
dari mikanit, kertas mika dan pita mika. Dari pembahasan di atas
yang perlu diingat adalah penggunaan bahan pengikat dari bahan
organik. Karena mika tergolong bahan isolasi kelas C dan H, maka
bahan pengikat maupun pelapisnya hendaknya sesuai dengan kelas
mika. Kecuali jika penggunaannya pada suhu di bawah suhu kerja
mika. Pada pabrikasi, senyawa amonium pospat atau kaca biasanya
digunakan sebagai bahan pengikat mekanit yang digunakan pada suhu
tinggi. Mengingat tingginya biaya pembuatan mika termasuk
dihasilkannya limbah yang besar dalam pembuatan mikanit, maka perlu
dicari jalan keluar untuk membuat bahan isolasi mika sintetis.5.3.
Bahan Isolasi Mineral Lain
Beberapa bahan isolasi mineral lain disamping mika yaitu :
marmer, batu tulis, dan klorida padat yang penggunaannya sebagai
isolator pada papan hubung bagi (PHB)
a. Marmer
Marmer mempunyai ikatan kimia seperti halnya batu kapur yaitu
CaCo3, tetapi sifat fisiknya berbeda. Marmer lebih keras daripada
kapur dan dapat dipoles hingga mengkilap. Marmer dapat ditambang
dari tanah dalam bentuk lempengan-lempengan tebal kemudian
dipotong-potong sesuai dengan ukuran dan bentuk yang dikehendaki,
selanjutnya dipoles. Proses pemolesan permukaan marmer adalah
bertahap yaitu : pertama dipoles dengan cakram karborundum,
kemudian dengan batu asah dan terakhir menggunakan cakram berlapis
kain pemoles dan bubuk hijau (chronium oksida) sebagai bahan
tambahan pada pemolesan terakhir. Marmer mempunyai massa jenis
paling rendah 2,6 g/cm3, makin tinggi kepadatannya makin tinggi
massa jenisnya, makin kecil kristalnya, makin tidak higroskopis dan
makin baik hasilnya jika dipoles. Untuk mendapatkan marmer yang
kemampuan listriknya makin baik, marmer perlu diimpregnasi dengan
parafin, polistirin, bitumen, minyak dan sebagainya. Marmer
sifatnya regas dan sensitif terhadap asam. Warna yang alami dari
marmer adalah putih atau abu-abu atau kuning atau kemerah-merahan.
Kalau dipanasi pada suhu tinggi kemudian didinginkan mendadak
marmer akan retak.
b Batutulis
Warnanya abu-abu kehitam-hitaman, strukturnya berlapis-lapis
sehingga dapat dibentuk sebagai papan (sepanjang lapisannya) dengan
menggunakan palu dan pahat serta pengasah. Penggunaannya seperti
halnya marmer yaitu pada panel PHB. Batutulis lebih mudah pecah
dibandingkan marmer, tidak dapat dipoles, sifat kelistrikan dan
higrokopisitasnya dibawah marmer. Namun demikian tahan terhadap
asam dan panas, Massa jenisnya adalah berkisar antara 2,7 hingga
2,8 g/cm3.c. Klorida
Bahan ini warnanya abu-abu yang mempunyai sifat kelistrikan dan
kekuatan mekanis di bawah batutulis. Karena itu mudah dipotong,
digergaji, dan dibor. Klorida padat sangat higroskopis. Jika akan
digunakan sebagai isolator harus terlebih dahulu diimpregnasi
dengan resin misalnya: bakleit yang dicairkan, agar sifat
kelistrikannya serta kekuatan mekanisnya naik serta
higroskopisitasnya menurun.KACA DAN PORSELIN
Kaca dan porselin adalah tergolong bahan mineral, tetapi
penggunannya tidak pada bentuk atau keadaan alaminya melainkan
harus diproses terlebih dahulu dengan pemanasan (pembakaran),
pengerasan, dan pelumeran. Itulah sebabnya maka pembahasannya
dipisahkan dengan pembahasan bahan mineral pada bab sebelumnya.
6.1. Kaca
Kaca adalah substansi yang dibuat dengan pendinginan bahan-bahan
yang dilelehkan, tidak berbentuk kristal tetapi tetap pada kondisi
berongga. Kaca pada umumnya terdiri dari campuran silikat dan
beberapa senyawa antara lain: borat, pospat. Kaca dibuat dengan
cara melelehkan beberapa senyawa silikat (pasir), alkali (Na dan K)
dengan bahan lain (kapur, oksida timah hitam). Karena itu sifat
dari kaca tergantung dari komposisi bahan-bahan pembentuknya
tersebut. Massa jenis kaca berkisar antara 2 hingga 8,1 g/cm3,
kekuatan tekannya 6000 hingga 21000 kg/cm2, kekuatan tariknya 100
hingga 300 kg/cm2. Karena kekuatan tariknya relatif kecil, maka
kaca adalah bahan yang regas.
Walaupun kaca merupakan substansi berongga, tetapi tidak
mempunyai titik leleh yang tegas, karena pelelehannya adalah
perlahan-lahan ketika suhu pemanasan dinaikkan. Titik pelembekan
kaca berkisar antara 500 hingga 17000C. Makin sedikit kandungan
SiO2 nya makin rendah titik pelembekan suatu kaca. Demikian pula
halnya dengan muai panjang () nya, makin banyak kadar SiO2 yang
dikandungnya akan makin kecil nya. Muai panjang untuk kaca berkisar
antara 5,5.10-7 hingga 150.10-7 perderajat celcius.
Nilai dari angka muai panjang adalah sangat penting bagi suatu
kaca dalam hubungannya dengan kemampuan kaca menahan perubahan
suhu. Piranti dari kaca yang dipanaskan atau didinginkan secara
tiba-tiba akan meregang. Hal ini disebabkan distribusi suhu tidak
merata pada lapisan luarnya dan keadaan tersebut menyebabkan
retaknya piranti. Jika kekuatan tarik dari piranti kaca lebih
rendah daripada kekuatan tekannya, maka pendinginan yang mendadak
pada permukaannya akan lebih memungkinkan terjadinya keretakan
dibandingkan dengan pemanasan tiba-tiba. Kaca silika jenis Red Hot
akan lebih aman dalam hal pendinginan atau pemanasan tiba-tiba
karena kaca jenis ini mempunyai yang sangat rendah.
Piranti kaca yang dindingnya tipis, ketahanannya terhadap
perubahan panas mendadak lebih baik dibandingkan dengan piranti
kaca yang dindingnya tebal. Hal ini karena dipengaruhi faktor
kerataan pemuaian permukaan kaca bagian luar dan dalam dinding
piranti adalah tidak sama. Kaca yang digunakan untuk suatu
perangkat dan pada perangkat tersebut terdapat juga logam,
misalnya: lampu pijar, tabung sinar katode; maka nilai nya harus
disesuaikan, yaitu harus rendah karena selalu bekerja pada suhu
yang cukup tinggi. Dengan demikian maka tidak terjadi keretakan di
bagian kacanya pada waktu perangkat tersebut digunakan. Kemampuan
larut kaca terhadap bahan lain akan bertambah sesuai dengan
kenaikan suhunya. Kaca yang mempunyai kekuatan hidrolitik rendah
ketahanan permukaannya pada media yang lembab adalah kecil. Kaca
silika mempunyai ketahanan hidrolitik yang paling tinggi. Kekuatan
hidrolitik akan sangat berkurang jika kaca diberi alkali. Pada
kenyataannya kaca silika adalah tidak peka terhadap asam kecuali
asam fluorida.
Pada pabrikasi kaca, asam fluorida digunakan untuk membuat kaca
embun. Pada umumnya kaca tidak stabil terhadap pengaruh alkali.
Sifat-sifat elektris dari kaca dipengaruhi oleh komposisi dari kaca
itu sendiri. Kaca yang digunakan untuk teknik listrik pada suhu
normal diperlukan syarat-syarat antara lain: resistivitas berkisar
antara 108 hingga 1017 -cm, permitivitas relatif r berkisar antara
3,8 hingga 16,2, kerugian sudut dielektriknya (tan ) 0,0003 hingga
0,1, tegangan break down 25 hingga 50 kV/mm. Kaca silika mempunyai
sifat kelistrikan yang paling baik. Pada suhu kamar besarnya
resistivitas adalah 107 -cm, r 3,8 dan tan pada 1 MHz hdala 0,0003.
Jika kaca silika ditambahkan natrium atau kalium, maka
resistivitasnya akan turun, tan akan naik sedikit.
Seringkali oksida logam lcali ditambahkan pada pembuatan kaca
dengan maksud agar sifat-sifat kaca menjadi lebih baik.
Oksida-oksida tersebut dimasukkan ke dalam kaca sebagai pemurnian
bahan-bahan mentah. Keberadaan natrium di dalam kaca adalah lebih
tidak menguntungkan dibanding kalium. Karena ion Na adalah sangat
kecil ukurannya dan sangat mudah bergerak di dalam medan listrik.
Itulah sebabnya mengapa Na dapat menambah konduktivitas kaca.
Perbandingan antara Na dan K dan pengaruhnya di dalam suatu kaca
dapat ditunjukkan pada gambar 6.1
Gambar 6.1. Resistivitas sebagai fungsi komposisi (%) Na2O dan
K2OKaca yang mengandung oksida-oksida 2 logam lcali yang berbeda
dimungkinkan mempunyai sifat isolasi yang lebih tinggi dibandingkan
jira cuantitas oksidanya hanya mengandung 1 bagian dari cuantitas
oksida 2 logam (efek netralisasi atau polialkalin). Kemampuan
isolasi kaca juga dapat lebih baik jira padanya ditambah PbO atau
BaO.
6.1.1. Pabrikasi dan Peningkatan Kualitas
Kaca dibuat dengan cara mendinginkan secara cepat beberapa bahan
yang dilelehkan atau kristalisasi. Proses tersebut dinamakan
devritrivikasi. Pendinginan yang cepat tersebut diikuti dengan
naiknya kekentalan substansi atau pembentukan keadaan cristal.
Pabrikasi kaca diawali dengan pemotongan, penghalusan dan mencampur
bahan-bahan mentah antara lain: pasir silika (SiO2), soda (Na2CO3),
kapur (CaCO3), kalsium magnesium karbonat (CaCO3, MgCO3), borak
(NaB4O7), asam Boris (H3BO3), minium (Pb3O4), tanah kaolin dan
feldspar, semua bahan tersebut difusikan. Kaca dapat dilelehkan
dalam statu wadah yang kapasitasnya dapat mencapai 2 ton bahan
mentah. Estela bahan-bahan tersebut meleleh (bahan-bahan yang mudah
menguap hilang dengan sendirinya) maka terjadi reaksi antara
componen-komponen pembentuknya. Kaca yang maz dalam keadaan lunak
disebut metal. Metal ini selanjutnya dihaluskan kembali di dalam
sebuah tangki khusus, dari tangki ini kaca diambil untuk
dibentuk.
Kaca kental hdala kenyal, maka sangat mudah dibentuk yaitu
dengan peniupan (misalnya untuk: bola lampu, piranti gelas reaksi),
penarikan (misalnya tatakan gelas, pipa dan tabung) atau dengan
penekanan dan pencetakan. Kaca yang maz panas dapat disolver dengan
baik satu sama lain seperti halnya logam. Umumnya kaca diproduksi
dengan bentuk datar antara lain: kaca jendela dan bentuk kemasan
antara lain : botol, bola lampu. Setelah pembentukan, kaca harus
didinginkan perlahan-lahan dalam sistem anealing, biasanya
dilakukan di dalam oven panjang yang disebut lehr. Pendinginan
perlahan-lahan ini adalah sangat penting dilakukan untuk mengurangi
regangan termal dalam. Regangan ini kemungkinan besar dapat
menyebabkan retaknya kaca ketika terjadi pendinginan. Kaca dingin
dapat direkayasa yaitu dengan pemotongan menggunakan intan
pemotong, pembubutan, perataan, pengeboran (mata bornya adalah
logam yang ekstra keras misalnya: pobedit atau dengan bor perunggu
yang menggunakan berbagai abrasip), kaca juga dapat dipoles.6.1.2.
Kaca Sebagai Pengisolasi
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, kaca silika mempunyai sifat
isolasi yang tinggi, ketahanan panas yang tinggi dan kuat terhadap
pengaruh hidrolitik. Pabrikasi piranti kaca silika menggunakan
dapur tinggi khusus. Terdapat 2 macam kaca silika yaitu : kaca
silika bening dan kaca silika tidak bening tetapi tembus cahaya
(translucent). Kaca silika bening mempunyai sifat yang lebih baik
daripada kaca silika yang tidak bening. Pada kaca silika yang tidak
bening terdapat gelembung-gelembung udara didalamnya. Hal ini dapat
dimaklumi, karena proses pembuatan kaca silika bening lebih sulit
daripada kaca silika tidak bening. Jika kristal kuarsa dalam jumlah
besar diperlukan, bisa digunakan pasir kuarsa biasa (pasir kali).
Massa jenis kaca silika adalah 2,2 g/cm3. Kebanyakan kaca silika
yang digunakan di dalam keteknikan mempunyai berbagai substansi
yang ditambahkan ke SiO2, sehingga membuatnya lebih mudah
direkayasa, tetapi titik fusinya menjdai lebih rendah. Kaca silika
di dalam keteknikan diklasifikasikan menjdai 3 kelompok yaitu :
1. Kaca alkali tanpa oksida berat
Kaca ini mempunyai titik lebur yang agak rendah. Pemakaiannya
antara lain untuk : botol, kaca jendela.
2. Kaca alkali yang mengandung oksida berat
Kaca ini mempunyai sifat kelistrikan yang tinggi dibandingkan
dengan kaca alkali kelompok 1. Kaca flint ditambah dengan PbO atau
kaca Crown ditambah dengan BaO digunakan sebagai kaca optik. Kaca
khusus untuk bahan dielektrik kapasitor adalah kaca flint yang
disebut Minos. Diantara kaca-kaca crown terdapat jenis yang disebut
Pireks. Pireks mempunyai koefisien termal 33.10-7 peroC dan mampu
menahan perbedaan suhu yang mendadak.
3. Kaca non alkali
Penggunaan kaca ini adalah sebagai kaca optik dan bahan isolasi
listrik, Beberapa jenis kaca dari kelompok ini mempunyai titik
pelunakan yang sangat tinggi.
Pemakaian kaca pada keteknikan antara lain :
a. Pembuatan bola lampu, tabung elektronika, penyangga
filamen
Titik pelunakan kaca ini terlalu tinggi, muai panjangnya
hendaknya dibuat mendekati muai panjang logam maupun paduannya yang
disangga. Logam yang dimaksud adalah : wolfram, molibdenum.
b. Untuk bahan dielektrik pada kapasitor
Minos adalah salah satu jenis kaca yang mempunyai permeabilitas
relatif tinggi yaitu 7,5, sudut kerugian dielektrik (tan ) kecil
pada frekuensi 1 MHz, suhu 200C, tan = 0,0009 pada frekuensi 1 MHz,
suhu 2000C, tan = 0,0012. Kaca minos mempunyai =82.10-7 per 0C,
massa jenis 3,6 g/cm3.
c. Untuk membuat berbagai isolator
Misalnya : isolator penyangga, isolator antena, isolator len dan
isolator bushing. Untuk penggunaan ini, selain sifat kelistrikan
yang baik juga dituntut mempunyai kekuatan mekanis yang tinggi,
tahan terhadap perubahan suhu yang mendadak, tahan terhadap
pengaruh kimia. Jenis kaca yang digunakan untuk keperluan ini
antara lain : kaca silika, pireks kalium-natrium.
d. Pelapisan logam
Salah satu jenis kaca adalah enamel (jangan dikacaukan dengan
enamel vernis), Enamel dalam hal ini dapat digunakan untuk
pelapisan logam atau benda lain sejenisnya, misalnya : dudukan
lampu, reflektor, barang-barang dekoratif yang tujuannya adalah
melindungi barang-barang tersebut dari korosi dan sekaligus untuk
mendapatkan permukaan yang lebih bagus. Enamel juga dapat digunakan
sebagai isolasi listrik yaitu untuk melapisi resistor tabung (kawat
yang dililitkan pada tabung tersebut adalah resistor antara lain :
nikrom, konstantan). Dalam hal ini enamel dileburkan dan kemudian
tabung keramik yang sudah dililiti kawat tersebut dicelupkan
sehingga sela-sela antara lilitan terisi enamel. Tujuannya
disamping untuk mengisolasi lilitan, juga melindungi lilitan
terhadap uap, debu dan oksidasi udara pada suhu kerja yang tinggi.
Resistor tabung yang dilapisi enamel seperti ditunjukkan pada
gambar 6.2.
Gambar 6.2. Resistor tabung yang dilapisi enamel
Enamel dipabrikasi dengan meleburkan komponen-komponen yang
halus kemudian dituangkan sedikit demi sedikit dalam keadaan
meleleh ke dalam air yang dingin hingga membentuk seperti bola,
selanjutnya dihaluskan menjadi bubuk. Pemakaian enamel untuk
pelapisan dapat dilakukan dengan cara kering dan dapat pula dengan
cara basah. Pada pelapisan kering, perangkat yang akan dilapisi
dipanasi hingga suhu tertentu kemudian dimasukkan ke dalam bubuk
enamel. Dengan demikian maka bubuk di sekelilingnya akan meleleh
dan melapisi perangkat tersebut. Proses ini diulang-ulang hingga
diperoleh ketebalan pelapisan yang diinginkan. Pada pelapisan
basah, mula=mula enamel diaduk dengan air sehingga menjadi bubur
enamel yang digunakan untuk melapisi perangkat yang dimaksud.
Selanjutnya perangkat yang sudah dilapis tersebut dikeringkan dan
setelah kering dipanaskan dengan oven sehingga enamel meleleh dan
dengan demikian melapisi perangkat. Komponen enamel untuk pelapisan
resistor tabung (kaca boron-timah hitam dengan mangan peroksida)
adalah sangat sederhana yaitu : 27% PbO, 70 % H3BO3 dan 3%
MnO2.
6.2. Porselin
Porselin adalah bahan isolasi kelompok keramik yang sangat
penting dan luas penggunaannya. Istilah bahan-bahan keramik adalah
digunakan untuk semua bahan anorganik yang dibakar dengan
pembakaran pada suhu tinggi dan bahan asal berubah substansinya.
Bahan dasar dari porselin adalah tanah liat. Ini berarti bahan
dasar tersebut mudah dibentuk pada waktu basah, tetapi menjadi
tahan terhadap air dan kekuatan mekaniknya naik setelah dibakar.
Penggunaan isolator dari porselin antara lain: isolator tarik,
isolator penyangga, rol isolator seperti ditunjukkan pada gambar
6.3.
Gambar 6.3. Beberapa isolator porselin
Tanah liat khusus misalnya tanah liat cina dan tanah liat yang
sudah diolah digunakan pada pabrikasi porselin setelah dicampur
dengan kuarsa. Proses pembauatan perangkat dari porselin secara
garis besar adalah sebagai berikut : Setelah tanah liat dibersihkan
dari kotoran-kotoran misalnya : kerikil, kemudian dicampur dengan
air hingga homogen (tetapi tidak terlalu encer seperti bubur).
Selanjutnya adalah tahap pembentukan yaitu dengan putaran,
penekanan, cetakan dan ekstrusi. Selanjutnya setelah perangkat
terbentuk, dikeringkan lalu diadakan pelapisan dengan gelas dan
terakhir adalah tahap pembakaran. Perlu diingat bahwa pada proses
pembuatan perangkat dari keramik sejak masih basah hingga selesai
dibakar akan terjadi pengecilan dimensi. Sedangkan pada proses
pelapisan dengan gelas dan pembakaran menentukan sekali kualitas
produk.
Pada proses pelapisan dengan gelas, kaca halus atau bahan dasar
kaca atau campuran keduanya dipanaskan hingga meleleh, kemudian
digunakan melapisi perangkat yang dikehendaki dengan cara
mencelupkan benda atau permukaan yang diinginkan yang dilapisi.
Pelapisan dengan gelas semacam ini digunakan untuk memperkuat dan
sekaligus menghiasi permukaan, akan menjadikan produk porselin
makin sedikit kemampuannya menyerap air, mudah dibersihkan,
menghilangkan retak-retak yang ada dipermukaan. Dengan pelapisan
gelas, arus bocor yang melalui permukaan isolator akan lebih kecil
terutama pada keadaan basah dan sekaligus dapat menaikkan tegangan
terjadinya loncatan bunga api (flashover).
Benda-benda porselin disarankan tidak disambung dengan
menggunakan sekrup tetapi untuk menyambungnya menggunakan lem,
semen atau diikat dengan logam. Sifat-sifat porselin sebagai
berikut : massa jenis berkisar antara 2,3 hingga 2,5 g/cm3,
koefisien muai panjang () 3.10-6 hingga 4,5.10-6 per0C. Hal ini
perlu mendapatkan perhatian jika dilem dengan semen atau diikat
dengan logam, karena semen = 11.10-6 per0C, baja = 14.10-6 per0C.
Kekuatan tekan porselin adalah 4000 hingga 6000 kg/cm2, kekuatan
tarik 300 hingga 500 kg/cm2 untuk yang menggunakan pelapis, 200
hingga 300 kg/cm2 yang tanpa pelapis. Kekuatan retak 80 hingga 100
kg/cm2. Porselin lebih regas daripada kaca. Sifat kelistrikan
porselin antara lain : tegangan tembus berkisar antara 10 hingga 30
kV/mm, resistivitas 1011 hingga 1014 .cm, permitivitas () berkisar
antara 6 hingga 7, tan 0,015 hingga 0,02. Sudut kerugian dielektrik
akan naik jika suhu dinaikkan seperti ditunjukkan pada gambar
6.4.
Gambar 6.4. Kurva tan = f (0C) pada porselin
Penggunaan porselin sebagai isolator adalah luas sekali baik
sebagai isolator penyangga maupun sebagai isolator tarik. Untuk itu
penggunaan porselin sebagai isolator harus diperhatikan kemampuan
mekanisnya disamping kemampuan dielektrisnya. Penggunaan isolator
pada tegangan tinggi, yang juga menjadikan pertimbangan adalah
tegangan pelepasan (discharge voltage)nya. Tegangan pelepasan
adalah tegangan yang dikenakan pada isolator yang menyebabkan
mengalirnya arus listrik melalui permukaan di antara
elektroda-elektroda. Isolator gantung atau isolator tarik pada
tegangan tinggi (bentuknya seperti cakram) pada bagian bawahnya
dibuat berlekuk-lekuk agar air hujan tidak merambat melaluinya.
Banyak isolator gantung atau isolator tarik tergantung besarnya
tegangan yang diisolasi. Contoh untuk tegangan 110 kV diperlukan 10
hingga 12 isolator, sedangkan untuk 400 kV terdiri dari 20 hingga
24 isolator. Hubungan atau korelasi antara besarnya tegangan kerja
dengan banyaknya isolator yang diperlukan seperti ditunjukkan pada
gambar 6.5.
Gambar 6.5. Tegangan kerja = fungsi (jumlah isolator)
PLASTIK
Plastik adalah bahan sintetis yang dapat dibentuk dengan
pemanasan dan dapat diperkeras, tergantung pada strukturnya. Pada
teknik listrik, plastik mempunyai peran yang penting, terutama
sebagai bahan isolasi. Pada perkembangan akhir-akhir ini banyak
kawat atau kabel berisolasi plastik, misalnya : NYA, NYM, NYY,
demikian pula perangkat listrik lainnya.
Plastik dapat dikategorikan menjadi 2 yaitu : termoplastik dan
termoseting. Perbedaan pokok dari keduanya, bahan termoplastik
dapat dilunakkan dengan pemanasan dan pada proses pendinginan akan
mengeras lagi. Sedangkan termoseting akan mengeras jika dipanasi
dan setelah itu tetap menjdai keras dan tidak dapat dibuat seperti
semula. Bahan-bahan yang termasuk termoplastik antara lain :
polistiren, polietilen, nilon, pleksiglas dan teflon. Bahan-bahan
yang tergolong termoseting antara lain : bakelit, karet dan epoksi.
Secara umum bahan termoplastik tidak tahan terhadap suhu yang cukup
tinggi akan meleleh. Bahan termoseting umumnya tidak terbakar,
tetapi pada suhu yang tinggi akan terjadi proses pengarangan dan
rontok.